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突破电压极限!三维碳基气凝胶超级电容器实现2.0V稳定充放电

 材料前沿洞悉

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南京理工大学团队在《Ind. Eng. Chem. Res》发表最新成果,通过酯化自组装策略合成纳米金刚石共价锚定还原氧化石墨烯(rGO-OND)三维超弹性气凝胶,破解传统水基碳基超级电容器电压限制难题。  

该材料通过sp³-sp²碳杂化构建双导电通道,兼具高导电性与机械韧性。优化后的rGO-10%OND复合材料在对称超级电容器中实现**0-2.0V宽电压窗口稳定充放电**,突破传统1.0V限制达100%,且经10000次循环后库仑效率与电容保持率均接近100%。在1000W/kg功率密度下,能量密度达23.1Wh/kg,显著优于同类水基器件。  

原位表征显示,优异性能源于OND与rGO的协同效应:OND抑制rGO层堆积并提供氧化还原活性位点,rGO网络加速离子扩散并增强结构稳定性。扫描电镜与透射电镜证实,OND均匀分布于rGO层间,形成多孔弹性骨架,可承受99%体积压缩并在0.5秒内完全恢复。  

这项突破不仅为高能量密度超级电容器提供了新材料范式,更推动水基储能器件向工业级应用迈进,有望在电动汽车快充、智能电网储能等领域开辟新场景。论文提出的“双导电通道”设计思路,为碳基复合材料的多功能化开发提供了重要参考。

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